早在1月12日前，晉北前線敵我雙方已經各自完成了忻口會戰的相關軍事部署。
日軍方麵，以混成第1旅團、第2旅團約6000餘人，擔任二線守備，守衛平綏路運輸線和各軍事要點，防備西北軍可能從集寧一線的反撲。在忻口前線為第26師團約1.5萬人；中國駐屯軍山下奉文旅團約6000餘人、中村支隊約3000餘人，日軍總兵力計2.5萬餘。攻擊陣地設於解村、平地泉、王家莊、永興村4點之間地區；前線指揮所設於泥溝，並設有臨時機場；第26師團司令部置於原平鎮。身在大同的香月清司中將決定采用兩路迂回戰術，以中國駐屯軍山下奉文旅團和木村支隊為右翼，主攻大白水一線陣地；第26師團為左翼，主攻忻口嶺之河南村一線陣地。
中國方麵，各路大軍相繼到達忻口既設陣地，並於1月11日晚完成戰前準備。12日，閻錫山又命傅作義率預備集團軍之第35軍、第61軍、獨立第2、第3旅等部開赴忻口，加入中央集團軍作戰。這樣，忻口前線總兵力達10個步兵師又15個步兵旅並3個騎兵師在內約15萬人。
此時，閻錫山根據對日軍的偵察，調整部署，將中央集團軍分為3個兵團：以馮治安第77軍、王靖國第19軍、梁春溥第72師等部組成右翼兵團，由馮治安指揮；以楊澄源第34軍（缺66師）、傅作義第35、陳長捷第61軍等部組成中央兵團，由傅作義指揮；以孫楚第33軍及杜春忻第66師、郭宗汾第71師、續儒林新編11旅等部組成左翼兵團，由孫楚指揮；以楊愛源為前敵總司令，統一指揮3個兵團作戰。前線指揮所設於忻口公路西側9號（國防工事編號）石窯。
1月13拂曉，日軍以中央突破的戰法，向忻口發動全線攻擊。一時間，硝煙彌漫，黃塵蔽日，一場鏖戰迅速展開。日寇先以飛機30餘架、戰車50餘輛、火炮40餘門掩護步兵5000餘人，猛攻中央兵團南懷化與左翼兵團閻莊陣地。激戰2小時許，南懷化陣地工事被毀，守軍傷亡過巨。日軍突破陣地，並攻占南懷化東北的製高點1200高地。（.mianhuatang.info好看的小說）楊愛源急令第73、第101、第71師各一部協同夾擊日軍。傅作義當即率增援的於鎮河新編獨立第4旅，協同史澤波第210旅、馬延守獨立第7旅各一部反攻，激戰至夜，終於將突入南懷化之日軍一部包圍殲滅。
1月14日，日軍增兵後在空軍支援下，再度攻擊南懷化，並同時向我陣地左右兩翼攻擊。中央地區守軍與敵展開激烈的爭奪戰，山頭失而複得數次，戰況甚為慘烈，甚至親臨第一線督戰的新編獨立第4旅旅長於鎮河也中彈負傷。下午1時，日軍增兵3000餘人，並以飛機30餘架、戰車30餘輛、炮數十門相支援，南懷化陣地又被攻陷。
同日，右翼兵團第77軍與日軍2000餘人交火，激戰至暮，將敵壓迫於滹沱河東岸至靈山腳下一帶。也在這一天，日軍又以1000餘人向晉方右側後第19軍陣地攻擊，守軍劉召棠第68師部681團漸感不支。奉命襲擊日軍前線指揮所所在地舊河北村的第35軍第218旅，恰好推進至下王莊，旅長魯英麟見第681團支持不住，一麵抽調第436團增援，一麵督率第420團攻擊弓家莊（下王莊西約4裏處）以便瞰製從北麵來犯之日軍。第420團遂於夜間向敵發起突然襲擊，激戰數小時，將其攻克。第二天清晨日軍步兵千餘人在15架飛機、20餘門炮、10輛戰車的協同下，向下王莊至弓家莊一線反擊，被頑強抗擊的守軍擊潰，戰鬥中魯英麟旅長不幸左臂負傷。
左翼兵團第71師在克複右翼陣地舊練莊的同時，其左翼陣地大白水即遭到日軍1個半大隊2000餘人的攻擊。第71師隨即抽調1個團兵力增援阻敵，日軍也隨之增援對戰，雙方再度形成對峙焦灼的狀態。
閻錫山得知中央兵團丟失1200高地，忻口正麵前沿陣地被日軍突破，十分焦急。因為南懷化所處的1200高地為中央兵團陣地的製高點，一旦該高地被敵所占，我方陣地正側兩麵均受其瞰製，威脅甚大。日軍由此還可以不時引導飛機投擲重磅炸彈，俯衝掃射，或引導重炮、山炮、野炮向我陣地猛轟。所以，閻錫山一再嚴令楊愛源立即抽兵反擊，並再三催促已出發的晉軍，兼程火速北進，以圖收複失地，並且閻錫山依據重賞之下必有勇夫的慣例，提出若能拿回1200高地者，賞大洋50萬元的巨額賞格。
楊愛源受命之後，為了挽回戰局，決定抽調5個旅的兵力，從三麵向1200高地實施反攻，並於當晚率方克猷獨立第2旅至忻口督戰。鑒於忻口附近部隊龐雜，指揮係統不一，易誤機宜，楊愛源遂令陳長捷指揮第71師、獨立第2旅、章拯宇獨立第3旅（欠第四團）、安華亭新編第5旅，負責肅清南懷化之敵；又令傅作義指揮忻口正麵呂瑞英第69師附獨立第3旅之第4團及高璽波第208旅、段樹華第209旅各部。為配合前線的反擊，閻錫山還命在神池、五台間活動的趙承綬、鄭大章之騎兵部隊，向朔縣、崞縣、繁峙等地出擊，分別截襲日軍後方，牽製日軍的後續部隊。
然而未等中國軍隊實施反擊，已鍥入南懷化東南高地的日軍，自15日拂曉起，以熾盛炮火向官村以南陣地及1300高地一帶陣地猛攻，並以步兵1000餘分三路進犯，以圖擴大戰果。守軍第101師官兵沉著應戰，激戰至午，斃敵甚多。下午，日軍複集中炮火，以全力向左翼陣地轟擊，炮火之烈，前所未有，將陣地完全擊毀，守兵一連全部殉國。我守軍誓與陣地共存亡，全部出擊，先後打退日寇7次進攻，堅守原陣地與敵對峙。而右翼兵團第19軍向桃園村、北郭下村之線進攻，與日軍木村支隊所屬1000餘人激戰竟日，未能有一絲進展。左翼兵團第33軍及第66師與日軍主力約七八千人，激戰一晝夜，往複進攻，敵我傷亡慘重，結果也打成了對峙之勢。
15日晚，閻錫山獲悉忻口正麵日軍以300餘輛汽車運來援兵10000餘，益感中央集團軍兵力不足，遂再次急電西北要求派遣援軍，並在未得到蘭州答複的情況下越過李過調用截留當初曾經嗤之以鼻的川軍鄧錫侯部兩個軍加入忻口正麵戰場。對此李過深感不滿，官司打到了蘭州，戴季良親自致電安撫，並同意再調第202師（缺師屬重炮營）入晉協防娘子關一線，李過這才作罷。
1月16日拂曉，滹沱河左岸至靈山腳下一帶日軍，增至三四千人，在炮兵支援下向我右翼兵團靈山、1263主峰攻擊。閻錫山急電孫楚，令其集結兵力，收複靈山，以免影響戰局。孫楚於是嚴督所部拚死抵抗，激戰至傍晚終於將進犯之敵擊退。
當日，左翼兵團亦激戰整日，中日雙方均無進展。
忻口正麵，魯英麟第218旅由弓家莊向南懷化敵之側背攻擊，相繼攻占舊河北村與南懷化北端河岸，但因孤軍伸入，三麵受敵，被迫退回。是時，日機10餘架，協同南懷化日軍一部一再進擊。晉軍正麵主力亦向日軍不斷施行反擊，雙方在南懷化再次展開激烈的爭奪戰，戰況空前激烈達到白熱化程度。第61軍軍長陳長捷、第73師師長劉奉濱兩人身先士卒，躬督所部，晉軍上下士氣大振，連克數個山頭，殲敵甚多。正值戰鬥進行到扭轉戰局的關鍵時刻，日軍施放毒氣，導致兩人相繼負傷，一時間晉軍指揮中斷，攻勢當即受沮。至此，反攻南懷化的戰鬥失利。中央兵團因連日血戰，損失慘重，兵力日趨不足，遂於17日轉攻為守。
為了挽回戰局，閻錫山並參與會戰的晉軍將領三十四人再次致電西北，陳述前線部隊消耗過巨，請迅速籌劃增兵。對此，西北不得不調動之前加強給第六軍的第222、第243師開赴鹹同一線待命，並抽調潼關一線的第210師、第244師組成謝道長集群日夜兼程馳援晉北。
此時，塘沽日軍總兵站被炸的後果逐漸顯現，日軍在張垣的兵站物資逐漸缺乏，加之雁門後方交通時常遭到晉軍騎兵趙承綬部和第6軍團所屬鄭大章新編騎兵第1師的騷擾和截斷，糧秣補給極感困難，不得不向當地百姓征收雜糧充饑。但糧秣可以就地解決，彈藥卻不能無中生有，憑空而來，日軍不得不縮降低了炮擊的頻率和烈度，這又使楊愛源看到戰局出現轉機的希望之光，於是決定乘日軍後援未到的情況下，圍殲忻口之敵。他一麵令中央地區各部隊全力抵抗，力圖規複南懷化突破口；令左右兩翼全線以小部隊深入敵後方，襲敵側背。一麵再次電請西北“倘能立派有力部隊3師參加晉北作戰，則此殘敵眾可指日消滅”。
1月24日，重新整頓過的忻口防線守軍各以一部出擊，襲擾敵軍。而日軍因得到（第108師團）步兵第132聯隊聯隊長海老名榮一大佐統率的海老支隊的增援，亦向中方發起攻擊，雙方激戰，但均無進展。1月25日，閻錫山又電西北：“頃聞寺內壽一所率援軍即將陸續到達，倘即刻不能運用內線有利條件，萬一援軍到達，前途殊感棘手。務予嚴厲指派、增加部隊三四師先殲此敵，再行轉擊晉東之敵。再遲即無法挽救。”
1月26日，日軍約5000餘人，集中炮空力量猛攻我左翼朦滕村北側及西北高地主陣地，中午過後，第66師及第71師守兵犧牲殆盡，各該高地遂為敵陷。日暮後，左翼兵團於所部各師各旅中抽一部敢死隊實施反擊，血戰竟夜，衝鋒10餘次，卒將該山頭恢複。這一天。在右翼，日軍新增兩個大隊，猛攻靈山及南郭下村以南陣地，後將東西榮華奪去。而正麵之敵，幾度進攻，均被我軍擊退。於是，日軍改變進攻方式，於接近我陣地四五百米線上，乃停止進攻，就地築起陣地，逐步進逼，並且以飛機在白天對我陣地轟炸，製壓我炮兵的反擊，掩護其步兵、工兵的對壕作業，直到入夜始行沉寂，翌日又複進行。
為了破壞敵人的坑道攻擊法，守軍乃組織小突擊隊，於夜間潛出，用**包塞進敵陣和坑道掘進口予以破壞，並出敵不意進行夜襲，不斷有所奏效。
1月27日，敵一度增兵2000人，采用坑道攻擊法向中國陣地迫近，中方各部用對壕前進及小部側擊的方法對付日軍。在對坑近戰的同時，我炮兵改變戰法，白天暫匿於石窯洞裏躲避敵機轟炸，黃昏後進入不斷變換的放列線，對南懷化和泥河一帶敵炮兵群與機場予以突然的猛轟，迫使敵將機場撤到原平鎮。。。。。。
日軍方麵，以混成第1旅團、第2旅團約6000餘人，擔任二線守備，守衛平綏路運輸線和各軍事要點，防備西北軍可能從集寧一線的反撲。在忻口前線為第26師團約1.5萬人；中國駐屯軍山下奉文旅團約6000餘人、中村支隊約3000餘人，日軍總兵力計2.5萬餘。攻擊陣地設於解村、平地泉、王家莊、永興村4點之間地區；前線指揮所設於泥溝，並設有臨時機場；第26師團司令部置於原平鎮。身在大同的香月清司中將決定采用兩路迂回戰術，以中國駐屯軍山下奉文旅團和木村支隊為右翼，主攻大白水一線陣地；第26師團為左翼，主攻忻口嶺之河南村一線陣地。
中國方麵，各路大軍相繼到達忻口既設陣地，並於1月11日晚完成戰前準備。12日，閻錫山又命傅作義率預備集團軍之第35軍、第61軍、獨立第2、第3旅等部開赴忻口，加入中央集團軍作戰。這樣，忻口前線總兵力達10個步兵師又15個步兵旅並3個騎兵師在內約15萬人。
此時，閻錫山根據對日軍的偵察，調整部署，將中央集團軍分為3個兵團：以馮治安第77軍、王靖國第19軍、梁春溥第72師等部組成右翼兵團，由馮治安指揮；以楊澄源第34軍（缺66師）、傅作義第35、陳長捷第61軍等部組成中央兵團，由傅作義指揮；以孫楚第33軍及杜春忻第66師、郭宗汾第71師、續儒林新編11旅等部組成左翼兵團，由孫楚指揮；以楊愛源為前敵總司令，統一指揮3個兵團作戰。前線指揮所設於忻口公路西側9號（國防工事編號）石窯。
1月13拂曉，日軍以中央突破的戰法，向忻口發動全線攻擊。一時間，硝煙彌漫，黃塵蔽日，一場鏖戰迅速展開。日寇先以飛機30餘架、戰車50餘輛、火炮40餘門掩護步兵5000餘人，猛攻中央兵團南懷化與左翼兵團閻莊陣地。激戰2小時許，南懷化陣地工事被毀，守軍傷亡過巨。日軍突破陣地，並攻占南懷化東北的製高點1200高地。（.mianhuatang.info好看的小說）楊愛源急令第73、第101、第71師各一部協同夾擊日軍。傅作義當即率增援的於鎮河新編獨立第4旅，協同史澤波第210旅、馬延守獨立第7旅各一部反攻，激戰至夜，終於將突入南懷化之日軍一部包圍殲滅。
1月14日，日軍增兵後在空軍支援下，再度攻擊南懷化，並同時向我陣地左右兩翼攻擊。中央地區守軍與敵展開激烈的爭奪戰，山頭失而複得數次，戰況甚為慘烈，甚至親臨第一線督戰的新編獨立第4旅旅長於鎮河也中彈負傷。下午1時，日軍增兵3000餘人，並以飛機30餘架、戰車30餘輛、炮數十門相支援，南懷化陣地又被攻陷。
同日，右翼兵團第77軍與日軍2000餘人交火，激戰至暮，將敵壓迫於滹沱河東岸至靈山腳下一帶。也在這一天，日軍又以1000餘人向晉方右側後第19軍陣地攻擊，守軍劉召棠第68師部681團漸感不支。奉命襲擊日軍前線指揮所所在地舊河北村的第35軍第218旅，恰好推進至下王莊，旅長魯英麟見第681團支持不住，一麵抽調第436團增援，一麵督率第420團攻擊弓家莊（下王莊西約4裏處）以便瞰製從北麵來犯之日軍。第420團遂於夜間向敵發起突然襲擊，激戰數小時，將其攻克。第二天清晨日軍步兵千餘人在15架飛機、20餘門炮、10輛戰車的協同下，向下王莊至弓家莊一線反擊，被頑強抗擊的守軍擊潰，戰鬥中魯英麟旅長不幸左臂負傷。
左翼兵團第71師在克複右翼陣地舊練莊的同時，其左翼陣地大白水即遭到日軍1個半大隊2000餘人的攻擊。第71師隨即抽調1個團兵力增援阻敵，日軍也隨之增援對戰，雙方再度形成對峙焦灼的狀態。
閻錫山得知中央兵團丟失1200高地，忻口正麵前沿陣地被日軍突破，十分焦急。因為南懷化所處的1200高地為中央兵團陣地的製高點，一旦該高地被敵所占，我方陣地正側兩麵均受其瞰製，威脅甚大。日軍由此還可以不時引導飛機投擲重磅炸彈，俯衝掃射，或引導重炮、山炮、野炮向我陣地猛轟。所以，閻錫山一再嚴令楊愛源立即抽兵反擊，並再三催促已出發的晉軍，兼程火速北進，以圖收複失地，並且閻錫山依據重賞之下必有勇夫的慣例，提出若能拿回1200高地者，賞大洋50萬元的巨額賞格。
楊愛源受命之後，為了挽回戰局，決定抽調5個旅的兵力，從三麵向1200高地實施反攻，並於當晚率方克猷獨立第2旅至忻口督戰。鑒於忻口附近部隊龐雜，指揮係統不一，易誤機宜，楊愛源遂令陳長捷指揮第71師、獨立第2旅、章拯宇獨立第3旅（欠第四團）、安華亭新編第5旅，負責肅清南懷化之敵；又令傅作義指揮忻口正麵呂瑞英第69師附獨立第3旅之第4團及高璽波第208旅、段樹華第209旅各部。為配合前線的反擊，閻錫山還命在神池、五台間活動的趙承綬、鄭大章之騎兵部隊，向朔縣、崞縣、繁峙等地出擊，分別截襲日軍後方，牽製日軍的後續部隊。
然而未等中國軍隊實施反擊，已鍥入南懷化東南高地的日軍，自15日拂曉起，以熾盛炮火向官村以南陣地及1300高地一帶陣地猛攻，並以步兵1000餘分三路進犯，以圖擴大戰果。守軍第101師官兵沉著應戰，激戰至午，斃敵甚多。下午，日軍複集中炮火，以全力向左翼陣地轟擊，炮火之烈，前所未有，將陣地完全擊毀，守兵一連全部殉國。我守軍誓與陣地共存亡，全部出擊，先後打退日寇7次進攻，堅守原陣地與敵對峙。而右翼兵團第19軍向桃園村、北郭下村之線進攻，與日軍木村支隊所屬1000餘人激戰竟日，未能有一絲進展。左翼兵團第33軍及第66師與日軍主力約七八千人，激戰一晝夜，往複進攻，敵我傷亡慘重，結果也打成了對峙之勢。
15日晚，閻錫山獲悉忻口正麵日軍以300餘輛汽車運來援兵10000餘，益感中央集團軍兵力不足，遂再次急電西北要求派遣援軍，並在未得到蘭州答複的情況下越過李過調用截留當初曾經嗤之以鼻的川軍鄧錫侯部兩個軍加入忻口正麵戰場。對此李過深感不滿，官司打到了蘭州，戴季良親自致電安撫，並同意再調第202師（缺師屬重炮營）入晉協防娘子關一線，李過這才作罷。
1月16日拂曉，滹沱河左岸至靈山腳下一帶日軍，增至三四千人，在炮兵支援下向我右翼兵團靈山、1263主峰攻擊。閻錫山急電孫楚，令其集結兵力，收複靈山，以免影響戰局。孫楚於是嚴督所部拚死抵抗，激戰至傍晚終於將進犯之敵擊退。
當日，左翼兵團亦激戰整日，中日雙方均無進展。
忻口正麵，魯英麟第218旅由弓家莊向南懷化敵之側背攻擊，相繼攻占舊河北村與南懷化北端河岸，但因孤軍伸入，三麵受敵，被迫退回。是時，日機10餘架，協同南懷化日軍一部一再進擊。晉軍正麵主力亦向日軍不斷施行反擊，雙方在南懷化再次展開激烈的爭奪戰，戰況空前激烈達到白熱化程度。第61軍軍長陳長捷、第73師師長劉奉濱兩人身先士卒，躬督所部，晉軍上下士氣大振，連克數個山頭，殲敵甚多。正值戰鬥進行到扭轉戰局的關鍵時刻，日軍施放毒氣，導致兩人相繼負傷，一時間晉軍指揮中斷，攻勢當即受沮。至此，反攻南懷化的戰鬥失利。中央兵團因連日血戰，損失慘重，兵力日趨不足，遂於17日轉攻為守。
為了挽回戰局，閻錫山並參與會戰的晉軍將領三十四人再次致電西北，陳述前線部隊消耗過巨，請迅速籌劃增兵。對此，西北不得不調動之前加強給第六軍的第222、第243師開赴鹹同一線待命，並抽調潼關一線的第210師、第244師組成謝道長集群日夜兼程馳援晉北。
此時，塘沽日軍總兵站被炸的後果逐漸顯現，日軍在張垣的兵站物資逐漸缺乏，加之雁門後方交通時常遭到晉軍騎兵趙承綬部和第6軍團所屬鄭大章新編騎兵第1師的騷擾和截斷，糧秣補給極感困難，不得不向當地百姓征收雜糧充饑。但糧秣可以就地解決，彈藥卻不能無中生有，憑空而來，日軍不得不縮降低了炮擊的頻率和烈度，這又使楊愛源看到戰局出現轉機的希望之光，於是決定乘日軍後援未到的情況下，圍殲忻口之敵。他一麵令中央地區各部隊全力抵抗，力圖規複南懷化突破口；令左右兩翼全線以小部隊深入敵後方，襲敵側背。一麵再次電請西北“倘能立派有力部隊3師參加晉北作戰，則此殘敵眾可指日消滅”。
1月24日，重新整頓過的忻口防線守軍各以一部出擊，襲擾敵軍。而日軍因得到（第108師團）步兵第132聯隊聯隊長海老名榮一大佐統率的海老支隊的增援，亦向中方發起攻擊，雙方激戰，但均無進展。1月25日，閻錫山又電西北：“頃聞寺內壽一所率援軍即將陸續到達，倘即刻不能運用內線有利條件，萬一援軍到達，前途殊感棘手。務予嚴厲指派、增加部隊三四師先殲此敵，再行轉擊晉東之敵。再遲即無法挽救。”
1月26日，日軍約5000餘人，集中炮空力量猛攻我左翼朦滕村北側及西北高地主陣地，中午過後，第66師及第71師守兵犧牲殆盡，各該高地遂為敵陷。日暮後，左翼兵團於所部各師各旅中抽一部敢死隊實施反擊，血戰竟夜，衝鋒10餘次，卒將該山頭恢複。這一天。在右翼，日軍新增兩個大隊，猛攻靈山及南郭下村以南陣地，後將東西榮華奪去。而正麵之敵，幾度進攻，均被我軍擊退。於是，日軍改變進攻方式，於接近我陣地四五百米線上，乃停止進攻，就地築起陣地，逐步進逼，並且以飛機在白天對我陣地轟炸，製壓我炮兵的反擊，掩護其步兵、工兵的對壕作業，直到入夜始行沉寂，翌日又複進行。
為了破壞敵人的坑道攻擊法，守軍乃組織小突擊隊，於夜間潛出，用**包塞進敵陣和坑道掘進口予以破壞，並出敵不意進行夜襲，不斷有所奏效。
1月27日，敵一度增兵2000人，采用坑道攻擊法向中國陣地迫近，中方各部用對壕前進及小部側擊的方法對付日軍。在對坑近戰的同時，我炮兵改變戰法，白天暫匿於石窯洞裏躲避敵機轟炸，黃昏後進入不斷變換的放列線，對南懷化和泥河一帶敵炮兵群與機場予以突然的猛轟，迫使敵將機場撤到原平鎮。。。。。。